高速公路隧道施工安全信息化监控技术分析

王 坤

（云南云岭路面工程有限公司，云南 昆明 650020）

公路工程作为我国交通基础设施建设的关键组成部分，其施工质量的好坏直接关乎到我国国民经济的发展。而隧道工程作为公路工程中十分重要的施工项目，其施工成效直接关系到整体工程的施工质量。由于隧道环境通常较为特殊，其穿越的围岩种类较多，变化较大，而勘探工作的密度有限，致使隧道围岩种类的实际检测数据可能会与设计内容中围岩种类的数据有所不同[1]，在隧道开挖和围岩支护过程中，施工通常存在较高的危险性、较强的突发性以及容易造成伤亡事故等特点，被认定为高风险施工工程。造成隧道安全事故的因素主要包括狭小的施工空间、较差的光线与空气质量、较大的噪音以及较多的施工繁重体力劳动等，同时也可能会因不确定因素影响到正常的施工进度以及施工人员的安全。假若隧道内机械设备的操作缺乏专业性和规范性，则极易引发安全事故。另外，围岩经隧道开挖势必会出现一定的损坏，假若施工中不及时予以相应的支护措施，则容易造成塌方、滚石或用水，危险性极高。此外，由于隧道施工涉及的用电设备较多，且较为分散，假若缺乏合理的临时用电以及设备管理，也会造成设备漏电现象，严重威胁到施工人员的安全。为此，在隧道施工过程中应注重隧道施工安全信息化监控技术的应用，全面落实隧道施工全过程的信息化管理，最大程度上保障隧道施工的安全性。

1 信息化监控技术应用价值

随着公路工程建设力度的不断加大，施工安全管理问题也备受关注，特别是隧道施工安全管理问题。隧道施工因其特殊的环境因素，包括较小的施工空间、空气质量较差、噪音大以及光线弱等，都使得隧道施工的危险系数增加，再加上复杂的施工程序以及较高的施工难度，都极易造成安全管理事故，另外隧道施工还存在一定的危险突发性，致使施工安全管理压力较大。为此，隧道施工必须重视对安全信息化监管技术的应用，实现对隧道施工的全程监控以及实时监控，及时发现和解决施工过程中出现的问题，最大程度上降低安全事故风险发生概率。

道路桥梁隧道安全监控体系在20世纪50年代就已有了一定的发展和应用，但与其他国家相比，我国在该项技术的发展方面起步较晚，相应的理论以及实际措施还较少，监控范围和内容也较为有限，在实际应用过程中极易出现问题。但随着我国科技水平的提升以及网络信息通讯技术的广泛引用，相继出现的结构振动理论、信号分析处理技术以及现代传感技术，均使得隧道施工安全信息化监控技术的理论、结构设计以及施工等方面的技术更为完善和成熟，促使我国隧道施工安全信息化监控技术的水平达到了一个新的层次，全面提升了施工安全管理的效率以及有效性。由此不难发现，信息化监控技术对于隧道施工安全的重要性。

2 隧道施工安全管理技术

2.1 施工安全信息化分析策略

现阶段，我国高速公路隧道施工中较为常见的隧道施工技术为新奥法施工技术，其充分体现了量测信息的重要性。该项施工技术的主要支护方式包括锚杆和喷射混凝土，是采用复合式衬砌构架的施工新技术。与传统隧道施工中的厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论不同，该项技术是将隧道岩体认定为连续介质，基于粘性理论、弹性理论以及塑性理论，结合于岩体开挖隧道后从变位产生至岩体破坏存在时间效应，适时构建柔性、壁薄且能紧贴围岩的支护结构，以避免对围岩的原有承载力造成影响，将围岩本身作为支护结构的关键部分，并将围岩与构件的支护结构形成牢固的支撑环，继而确保洞室具备长期的稳定性。通过量测信息分析能判断出隧道施工中围岩和支护结构是否稳定和安全，对隧道施工时的设计变更以及安全施工有着重要的意义[2]。目前，隧道施工安全信息化分析流程主要为：（1）根据设计方案开挖隧道断面，在撑子面推进后，选用合适的测量仪表量测隧道施工现场的各类信息，如利用收敛仪和应力盒分别测量出隧道围岩区域内的位移和支护结构及围岩应力等；（2）结合量测信息预测分析出隧道围岩和支护变形情况，并根据公路隧道施工标准以及隧道工程的相关条件，对隧道围岩和支护结构变形的安全值进行确定；（3）对预测值与安全值的接近度进行比较分析，对隧道围岩和支护结构的稳定性和安全性进行判断，假若与安全条件相符则能开展下一道工序，反之则需立即停工，并经相关部门综合评估隧道施工的安全性，在必要时可通过调整隧道开挖施工工序，甚至是对隧道设计方案进行更改，以确保隧道施工的安全性。

2.2 安全性评估指标

隧道施工围岩变形安全值的确定是隧道施工安全信息化分析流程中的重要环节，直接关系到隧道施工的安全与否。现阶段，高速公路隧道施工中的隧道施工安全性评价指标主要为围岩收敛变形量和围岩收敛变形速率。根据相关标准规范中的指标数值来判断隧道围岩变形的稳定与否，并根据工程师的施工经验进行综合分析判断。另外，还可结合施工现场量测数据绘制的曲线变化情况来判断围岩变形的发展趋势，从而判断隧道施工是否安全。此外，拱顶下沉和隧道周边收敛是隧道施工现场监控量测中最为直接可靠的信息，结合曲线的变化趋势可分析出围岩变形趋势，继而判断出隧道施工的安全与否。

3 信息化监控技术在隧道施工中的应用

3.1 人员定位应用

利用互联网技术（包括无限网络传输、定位软件、感应芯片和读卡器等）对隧道施工人员进行精准定位[3]，并实时监控施工人员的分布情况和走动情况等，从而使得隧道施工管理人员能根据施工需求及时对施工人员进行调整，加快施工效率，同时也能及时发现施工过程中出现的安全问题并给予相应的解决方案，实现对施工人员有效管理的同时也能做到责任到人。另外，人员定位系统的应用也具备考勤的功效，能对施工人员的到岗情况予以反馈。此外，一旦发生安全事故，相关人员可根据定位系统及时对施工人员进行救援，最大程度上保障施工人员的生命安全。隧道施工人员管理中通过信息化监控技术的合理利用，实现对施工人员的实时定位监控，全面保障施工人员的安全。

3.2 监测测量应用

为确保隧道工程目标的顺利完成，通常需对施工环境进行分析和观测，为此信息化监控技术中监控量测技术的应用极为重要，通过该项技术的应用能实时获取隧道施工现场的的环境情况以及施工进度，能有效降低安全事故的发生率，同时也能在一定程度上降低安全管理压力。目前，我国主要采用的施工监控量测技术为新奥法技术，且经长期实践，已逐渐将该项技术中“利用量测信息准确保障施工安全”的技术措施发展至采用监控测量动态监测隧道工程的水文地质条件与通过测量围岩与支护的时空变形、应力以及压力情况。经信息反馈、对支护参数修正的动态反馈设计与通过信息化施工方式进行合理调整，继而达到指导施工和调整设计的效用。

（1）通过分析隧道工程的相关地质勘测资料制定科学的监控测量方案，并结合勘测资料数据开展相应的施工、监控、地表观测、地质预测以及开挖验证，结合围岩支护结构受力变形测量和状态结构观测，科学判断出隧道施工的安全与否，并根据实际情况合理调整支护参数与应急参数，从而确保隧道施工的有序开展。

（2）针对在枯地表下沉时测量的基本点埋设数量为2，以便于后期测量的比较，同时针对原始高程标准点的埋设应与附近水准点联测。第一步，在测点位置挖坑（长×宽×高为20 cm×20 cm×20 cm）；第二步，测量地表，并用混凝土将测量周围填实。测量时采用的仪器主要为水准仪或全站仪。通过分析监测数据来获取相关指标，包括周边相对位移值、周边位移率和拱顶沉降等。

（3）结合测量结果来对位移测量和位移速度的变化情况进行曲线绘制，经信息反馈后，作业人员能了解到隧道内的围岩和位移变化情况，同时隧道围岩的变形过程也体现出了围岩经应力调整构建新平衡的过程。另外，围岩的稳定性与变形量均受时间影响。经断面数据的测量分析和验证来判断测量结果的准确性，通过回归分析获取位移量与时间的变化曲线，并通过变化规律来获取围岩稳定性的特征。在实际隧道施工时应测量隧道周边和拱顶下沉数据，并观测围岩是否改变方向以及位移速度是否有变，通常情况下位移速度最终会趋于稳定。为此，相关人员应认真监测隧道洞内与洞外的观测数据，并结合实际情况，及时调整错误信息，不断完善设计理念，以确保获取数据的准确性，根据该类数据开展隧道施工，全面保障隧道施工的安全性。

3.3 空气监测应用

与常规路面施工相比，隧道的施工对施工环境控制造成的污染较大，施工人员在该种环境下施工所产生的大量粉尘以及有害气体通常会对施工人员的健康造成一定的影响。隧道施工时，往往会对周围的地质条件造成一定的干扰，且可能会出现部分有害气体，当浓度达到一定值时，则将直接威胁到施工人员的生命安全。此外，隧道施工中机械设备的应用也会产生一定的有害气体，当其达到一定浓度后也会对施工人员的健康产生不利影响，包括呼吸困难、中毒、窒息和严重时甚至会发生爆炸。而信息化监控设备中的空气监测器能通过采集空气样本，分析其组成成分，并反馈至监控中心，一旦有害气体超标达到危险值，则立即发出警报，且经相关技术人员分析检测信息后，及时指导和疏散施工人员。

3.4 语音交互应用

语音对讲系统在信息化监控系统中较为常见，其有助于施工人员之间以及施工人员与管理人员之间的沟通交流。在隧道施工过程中，安全管理人员可通过语音对讲系统科学指导施工人员开展施工，提高施工的规范性以及安全性。在发生安全事故时，管理人员也可通过该系统来及时指导和疏散施工人员。

4 信息化监控技术应用建议

4.1 提高信息化监控技术水平

虽然目前信息化技术在建设行业得以广泛应用，但大多数工程企业还未对其予以足够的重视，信息化监控技术整体水平较低，配套设备也较为老旧，且缺乏合理性。隧道施工作为一项注重安全的施工项目，必须提高对信息化监控技术的重视，确保信息化监控设施设备满足实际施工需求，并落实相应的维修和养护措施，全面保障隧道施工的安全性。

4.2 培养应用人员专业素养

隧道施工安全管理人员是隧道安全施工管理信息化监控技术应用的重要前提保障。然而，目前在隧道施工安全管理中，管理人员对信息化监控技术的掌握还并不熟练，且其自身的能力水平也达不到标准，为确保安全管理工作的顺利开展，安全管理人员必须重视自身专业技术能力的提升，熟练掌握信息化监控技术，并应用于实际隧道安全施工管理中，充分发挥信息化监控技术的作用。

4.3 转变认知

虽然信息化监控技术已在隧道施工安全管理中取得了一定的成效，但相关部门领导对该项技术的了解不够深入。目前，信息化监控技术已成为隧道施工安全管理不可或缺的重要组成部分，假若忽视该项技术的应用，势必会对隧道施工的安全性造成严重影响，致使安全事故问题增多。为此，相关部门必须转变认知，充分认识到信息化监控技术的重要性，制定相应的规范制度，提升信息化监控技术的应用效益。

5 结束语

安全生产施工是各项工程开展的首要条件，隧道作为高速公路重要的组成部分，其安全与否直接关乎到整体工程的安全性。而高速公路隧道施工安全信息化监控技术，是通过其具备的监控量测技术、隧道施工人员的定位监控技术以及隧道内空气的实时检测技术，全面保障隧道施工人员施工的安全，最大程度上减少安全事故。此外，由于高速公路隧道施工环境较为复杂，整体施工难度较大以及施工安全性较低，针对目前隧道施工安全管理中信息化监控技术应用存在的问题，相关部门和人员应不断提升信息化监控技术水平，加强相关作业人员的专业素质水平，并提高对信息化监控技术的重视，制定相应的制度，充分发挥出该项技术在隧道施工安全管理中的作用。